地震模擬速報評價程序

賈漯昭 王志鑠 張亞琳 陳力剛

（中國鄭州 450016 河南省地震局）

0 引言

地震速報是地震發(fā)生消息來源的主要產(chǎn)生途徑，也是省級地震臺網(wǎng)承擔(dān)的一項(xiàng)重要任務(wù)。而地震發(fā)生頻率的區(qū)域性比較明顯，地震多發(fā)省份，地震臺網(wǎng)速報員實(shí)訓(xùn)機(jī)會多，職業(yè)素質(zhì)較高，地震速報能力較強(qiáng)。而地震少發(fā)省份，地震臺網(wǎng)速報員鍛煉機(jī)會較少，地震速報技術(shù)相對生疏，容易在轄區(qū)內(nèi)突發(fā)地震時出現(xiàn)紕漏。

這就需要提供模擬地震突發(fā)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，訓(xùn)練并提高地震速報技術(shù)。實(shí)現(xiàn)地震突發(fā)模擬環(huán)境，關(guān)鍵問題是解決地震速報過程中計算機(jī)自動評價問題，而如何正確定義地震特征參數(shù)及定義匹配度是解決該問題的難點(diǎn)。研究對地震速報的管理規(guī)定和具體流程進(jìn)行，參考國內(nèi)同行具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計地震速報自動評價的計算機(jī)程序方法，幫助地震速報人員提高地震速報技術(shù)是本文的研究內(nèi)容。

1 速報評價研究

1.1 運(yùn)行流程

地震速報流程是，地震發(fā)生后在給定的有限時間內(nèi)，完成正確的地震參數(shù)測定，并通過地震消息傳遞系統(tǒng)(EQIM)完成地震參數(shù)的報送。地震速報評價需要給定正確的地震特征參數(shù)，基于此，假定：對于一個模擬突發(fā)地震，地震速報員在限定時間內(nèi)，采用地震分析軟件定位地震，給出地震定位結(jié)果，完成地震消息傳遞系統(tǒng)(EQIM)的速報過程，認(rèn)為此次地震速報有效，可以參與評價。

在地震速報環(huán)節(jié)中，考核地震速報員以下能力：①震相識別、量圖精度、結(jié)果的正確性檢驗(yàn)和判斷；②對地震學(xué)理論的認(rèn)知程度，判斷數(shù)據(jù)是否需要預(yù)處理及如何處理；③應(yīng)用計算機(jī)程序的熟練程度及花費(fèi)時間。

自動對地震速報給出以上幾方面的評價是程序設(shè)計的關(guān)鍵，即評分的重要依據(jù)，分別是震相標(biāo)注的到時信息；震相標(biāo)注的數(shù)量，類型；以及整個地震速報環(huán)節(jié)所需要的時間和與國家臺網(wǎng)對省級測震臺網(wǎng)速報評比標(biāo)準(zhǔn)的切合程度。

1.2 模塊劃分

考慮到地震速報員操作的便捷性和控制的便利性，地震模擬速報評價程序劃分為3個模塊：模擬速報客戶端、計算服務(wù)端和控制端。

在模擬地震速報演習(xí)時，地震速報員在客戶端計算機(jī)上完成地震分析定位和地震速報工作，按照正常的速報流程完成地震速報，速報結(jié)果將自動上傳至服務(wù)端。服務(wù)端系統(tǒng)提供實(shí)時計算和存儲，速報成績的最終核定、對比工作，及對外系統(tǒng)狀態(tài)顯示服務(wù)。管理端通過網(wǎng)頁或者移動應(yīng)用的形式提供系統(tǒng)管理操作。模塊劃分見圖1。

圖1 模塊劃分Fig.1 The module partition

1.3 地殼模型

影響地震定位結(jié)果的客觀原因與所在區(qū)域使用的地殼模型有較大關(guān)系，只有地震定位時使用的地殼模型與當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的地殼模型相匹配時，才能產(chǎn)出比較好的地震定位結(jié)果。對于網(wǎng)緣和網(wǎng)外地震，還需考慮是否需要切換到相應(yīng)地區(qū)的地殼模型，需要考慮地震定位的震源深度等問題如何界定。就此，使用歷史地震作為突發(fā)地震的模擬觸發(fā)地震，把編目地震結(jié)果作為正確的地震定位答案（地震編目工作指，在地震發(fā)生后，對地震正式測量分析，形成正式的地震目錄結(jié)果）。地震編目的特點(diǎn)是，地震分析使用盡可能多的地震臺站和地震震相，比地震速報過程慢且精細(xì)得多。相對地震速報結(jié)果，地震編目結(jié)果較可靠。在程序設(shè)計中，把此次地震的編目結(jié)果認(rèn)定為正確答案。也就是說，在地震速報中，地震速報結(jié)果越接近地震編目結(jié)果，則此次地震速報成績可能越高。

目前，在各區(qū)域地震臺網(wǎng)中，地震速報和地震編目一般采用同一套地殼模型，甚至同一種地震定位方法。因此，在程序研究中，假設(shè)進(jìn)行地震速報、地震編目及地震模擬速報使用同一套地殼模型和同一種地震定位方法。

在程序?qū)崿F(xiàn)的研究中，重點(diǎn)考察模擬突發(fā)地震速報結(jié)果與地震編目結(jié)果的相似程度。所以在模擬突發(fā)地震為網(wǎng)緣和網(wǎng)外地震時，該程序依然適用。目前，各個地震臺網(wǎng)進(jìn)行地震速報時多使用由計算機(jī)軟件通過相應(yīng)定位深度方法自動生成的地震深度，較少涉及人工操作。而深度的精確性主要取決于地震定位方法，為了增加地震速報考評程序的適用性，在評價程序中不考慮地震定位深度評價。

2 程序?qū)崿F(xiàn)

2.1 評價過程

選取當(dāng)前地震臺網(wǎng)的歷史地震事件波形、地震編目定位結(jié)果及地震編目的震相信息，序列化以后，形成歷史地震震例?？紤]到各個臺網(wǎng)的實(shí)際情況，歷史震例的格式使用國際通用的SEED格式。模擬地震突發(fā)時，由指揮員從中挑選某次地震進(jìn)行觸發(fā)。系統(tǒng)接收到地震觸發(fā)指令，推送相應(yīng)地震事件波形到客戶端，客戶端調(diào)用地震分析軟件進(jìn)行地震分析定位，并將定位結(jié)果通過模擬地震消息傳遞系統(tǒng)(EQIM)報送到服務(wù)端。服務(wù)端通過和編目結(jié)果的震相、定位信息對比，結(jié)合地震速報時間和速報評比標(biāo)準(zhǔn)，完成地震速報過程的評價。

對于地震速報過程的評價，必然需要設(shè)定正確的地震特征參數(shù)，在假定標(biāo)準(zhǔn)答案為地震編目結(jié)果的前提下，根據(jù)《省級測震臺網(wǎng)速報評比標(biāo)準(zhǔn)》（中國地震局監(jiān)測司，2013），將地震分為3類：①1類地震指本行政區(qū)邊線外50 km范圍內(nèi)（含本行政區(qū)）的速報地震，首都圈地區(qū)省級地震局的1類地震指首都圈地區(qū)（含北京市、天津市、河北省3個完整行政區(qū)）M≥3.0地震以及本行政區(qū)內(nèi)大中城市有感地震；②2類地震指本行政區(qū)邊線外50 km至邊線外100 km范圍內(nèi)的地震；③3類地震指1類和2類以外的速報地震。

在評分過程中，照此分類方法劃分模擬速報的地震，分別進(jìn)行評分。

2.2 評分方式

圖2 速報評價程序流程Fig.2 The earthquake rapid report evaluation algorithm flow chart

在系統(tǒng)進(jìn)行突發(fā)地震模擬時，設(shè)定原始地震編目結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)答案，在服務(wù)端提取其地震波形及震相信息，按照其各種要素經(jīng)過計算后提取特征序列，經(jīng)過程序封裝后，以結(jié)構(gòu)體的形式到客戶端。

客戶端報警響起以后，地震速報員進(jìn)行地震定位分析，對比殘差，計算結(jié)果。結(jié)果被程序再次封裝并返回服務(wù)端，在服務(wù)端經(jīng)過拆解成可供計算的序列，通過速報評價程序計算，完成地震特征參數(shù)對比，實(shí)時得出成績。

成績發(fā)回客戶端和網(wǎng)頁公示界面。供指揮員裁定比賽結(jié)果?？蛻舳俗詣咏o出地震速報員的相應(yīng)評價，當(dāng)次速報地震所用到的各種震相信息和速報用時等評分依據(jù)，由此可明確指出該次地震速報失誤所在，以此提高速報員地震速報能力。速報評價程序流程見圖2。

以地震編目定位結(jié)果作為正確答案與模擬速報的結(jié)果進(jìn)行對比，以百分制評分。具體按照以下的評分標(biāo)準(zhǔn)。

（1）地震速報速度評分（30分）。速報時間為ΔT，服務(wù)器收到客戶端傳送地震特征參數(shù)時間為T2，服務(wù)器推送事件波形時間為T1，則ΔT=T2-T1。因1類地震規(guī)定速報時間為12 min，2類地震和3類地震及深源地震速報時間為15 min，則判別標(biāo)準(zhǔn)為：①若ΔT≤0，0分；②若ΔT> 0，-（ΔT/60×3）分；③當(dāng)ΔT≥30 min，該地震事件按漏報處理，計為0分；④當(dāng)本地震其他參數(shù)項(xiàng)為滿分時，給予速度加分：實(shí)報時間≤7 min，+1分。

（2）發(fā)震時刻評分（5分）。將計算出的發(fā)震時刻與地震編目的發(fā)震時刻誤差記為Δt，則：①1類地震：Δt≤±7.5 s，-2.5分；Δt>±7.5 s，-5分；②2類地震：Δt≤±12.5 s，-2.5分；Δt>±12.5 s，-5分；③3類地震：Δt≤±17.5 s，-2.5分；Δt>±17.5 s，-5分。

（3）震級評分（15分）。將計算出的震級與地震編目震級誤差記為ΔM，則：①1類地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分；②2類地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分；③3類地震：ΔM≤±0.5，-5分；ΔM>±0.5，-15分。

（4）震中位置（30分）。將計算出的震中位置坐標(biāo)與地震編目震中位置的坐標(biāo)距離記為ΔP，則：①1類地震：ΔP≤15 km，-10分；ΔP≤25 km，-20分；ΔP>25 km，-30分；②2類地震：ΔP≤20 km，-10分；ΔP≤30 km，-20分；ΔP>30 km，-30分；③3類地震：ΔP≤25 km，-10分；ΔP≤35 km，-20分；ΔP>35 km，-30分。

震源深度由于各個臺網(wǎng)地震編目結(jié)果受限于目前使用的定位軟件和方法，對于地震深度，在本程序的實(shí)現(xiàn)中未進(jìn)行評價。

（5）參考地名評分（5分）。地名與地震編目結(jié)果不一致，-5分；地名命名不符合規(guī)定，-2.5分。

（6）事件類型評分（5分）。事件類型錯誤，-5分。

（7）震相數(shù)據(jù)評分（10分）。參加計算震級的臺站數(shù)量小于4，-2.5分；無震相數(shù)據(jù)，-10分。另外，在震相評價中，通過循環(huán)查詢模擬速報的震相信息，對比地震編目同一個震相的標(biāo)注信息，誤差超過0.5 s的-1分。

3 程序應(yīng)用

基于本研究成果，實(shí)現(xiàn)河南省地震臺網(wǎng)速報模擬演習(xí)系統(tǒng)（圖3），經(jīng)過多次實(shí)際模擬演練的檢驗(yàn)，確定其可以可靠評價震相匹配程度，總評地震速報成績合理（圖4），能夠顯著提高區(qū)域地震臺網(wǎng)地震速報員的地震速報技術(shù)水平。

圖3 演習(xí)系統(tǒng)控制界面Fig.3 Exercise to earthquake quick report system interface

4 結(jié)束語

圖4 速報成績界面Fig.4 Earthquake quick report examination results

由于時間較短，本文提供的評分程序還有不足，如：在地震速報評價過程中，對各個分支考慮較細(xì)，對程序執(zhí)行效率有一定影響。在對此速報模擬演習(xí)系統(tǒng)的后續(xù)研發(fā)中，將繼續(xù)優(yōu)化評分程序，以提高地震速報人員的工作效率。

論文參考了國家臺網(wǎng)地震速報綜合信息發(fā)布系統(tǒng)（侯建民等，2009）、中國大陸地震宏觀震中與速報定位偏離的分區(qū)研究(劉吉夫等，2006)、全國地震速報信息共享與服務(wù)系統(tǒng)（陳曉輝等，2009）、地震快速數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)（梁建宏等，2005）、全國自動地震速報系統(tǒng)評估（楊陳等，2013）等的觀點(diǎn)，在此向原作者表示感謝。在評分程序研究和成文過程中，得到朱元清教授的悉心指導(dǎo)，在此表示感謝。

侯建民，黃志斌，代光輝，黃靜.國家臺網(wǎng)地震速報綜合信息發(fā)布系統(tǒng)研究[J].中國地震，2009，25（4）：45-454.

劉吉夫，王曉青，陳颙，黃輔瓊.中國大陸地震宏觀震中與速報定位偏離的分區(qū)研究[J].地震學(xué)報，2006，28（1）：37-41.

陳曉輝，侯建民，劉瑞豐.全國地震速報信息共享與服務(wù)系統(tǒng)[J].地震地磁觀測與研究2009，30（3）：132-135.

梁建宏，劉瑞豐，代光輝，鄒立曄，楊輝.地震快速數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)[J].地震地磁觀測與研究，2005，26（6）：77-80.

楊陳，黃志斌，杜廣寶，翟璐媛.全國自動地震速報系統(tǒng)評估[J].地震學(xué)報，2013，35（2）：272-282.

中國地震局監(jiān)測司.地震速報管理規(guī)定——中震測發(fā)[2013]26號[S].2013.